TY1250型载货汽车差速器设计（毕业设计说明书）(7)

4.1 Pro/E软件简介

Pro/E是一款优秀的计算机辅助设计与制造软件，它以其易学易用、功能强大和互联互通的特点，推动了产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。它既能节省时间和成本，有能提高产品质量。该版本构建于Pro/E野火版的成熟技术之上，包括了400多项增强功能和许多新增功能，使CAD系统的互连互通性能又上了一个新的台阶。

PTC公司率先在机械电子行业的计算机辅助设计系统中提出了参数化的概念，成功的开发了以参数化为基础，以三维造型为设计模式的Pro/E系统，改变了传统的设计观念，带动了整个行业的发展。参数化的设计模式，不仅能够清楚的表达设计对象的几何尺寸，而且具有实际的物理意义。

Pro/E三维实体造型可以将使用者的设计概念，以最真实的模型在计算机上呈现出来，随时计算出产品的面积、体积、质心、重量、惯性矩等属性，解决复杂产品之间的干涉，提高效率，降低成本，便于设计人员之间的交流。它避免了传统二维下的点、线、面设计的不足。三维实体模式设计形象、逼真、直观，而二维设计需要用户进行空间想象。

Pro/E是一个基于特征的实体建模工具，以特征为组成模型的基本单元，实体模型是通过特征完成设计的，即实体模型是特征的叠加。例如，可以通过使用拉伸特征生成零件主体，使用切除材料等特征形成最终零件。

Pro/E是一个参数化的系统，根据参数创建设计模型，几何形状的大小都由尺寸参数控制，用户在产品设计过程中使用的所有尺寸参数与物理参数都在于单一的数据中，可以随时修改这些参数，并可对设计对象进行简单的分析，计算出模型的体积、质量和惯性矩等。特征之间存在着相互依赖的关系，使得某一单独特征的修改，会牵动其他特征的改变。用户还可以使用数学运算方式建立各特征的位置。体现其参数化的特点。

Pro/E创建的三维模型可以随时生成二维工程图，而且自动标注尺寸。它们之间具有双向关联的特征，采用单一的数据管理。不论在3D或2D图形上做尺寸修改，同时装配、制造等相关设计也会自动修改，可确保资料的正确性，并避免反复修正的耗时性，确保工程数据的完整与设计修改的高效。

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4.2 差速器结构设计

差速器结构设计是其零部件三维建模的基础，必须综合考虑匹配车型、动力总成特性参数、汽车通过性参数（如地隙）、平均路面条件等。为此，将其结构设计主要内容和思路简述如下：

一般需依据汽车设计规范，查阅设计公式图表进行差速器齿轮（包括行星齿轮、半轴齿轮）基本参数（包括各齿轮齿数、模数、压力角、行星齿轮安装尺寸等）选择，再进行差速器齿轮几何尺寸计算与强度校核。由于行星齿轮在差速器工作中经常只起等臂推力杆的作用，仅在左、右车轮有转速差时行星齿轮和半轴齿轮间才有相对滚动，故对差速器齿轮可不考虑其疲劳寿命，仅进行弯曲强度校核即可，强度校核中差速器锥齿轮的材料可选为40CrMnTi、20CrMoTi 和20CrMo 等。

差速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器壳的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮导向轴承支座的限制。差速器壳体的结构参数主要有壳体厚度、壳体外部直径、内部直径、长度及半轴直径等。差速器壳体的内部直径主要由行星齿轮和半轴齿轮的直径决定，差速器的外部直径则有壳体厚度和内部直径决定。差速器壳沿驱动轴方向的长度与半轴齿轮、行星齿轮及半轴齿轮内部花键的长度有关。壳体的厚度主要决定因素是差速器壳体强度，在满足强度和足够的安全系数条件下，壳体厚度应尽量减小，以减轻重量，节约成本。

同时差速器壳体的结构参数还与半轴的结构参数有关，特别是与半轴的直径关系最密切。如半轴与差速器连接处的花键的齿数、模数及直径直接决定了差速器壳沿驱动轴方向的长度。

4.3 差速器各零件的三维实体建模

差速器结构设计完成后，就可以使用各零件的结构参数在Pro/E 软件中进行其三维实体精确建模了。对于十字轴、差速器左（右）半壳、垫片等零件，因仅涉及Pro/E 的基本特征，操作相对简单，这里仅给出其三维建模结果，如图4-1和图4-2 所示。其中十字轴可利用拉伸和旋转特征生成，差速器壳利可用拉伸、旋转以及孔、筋、阵列和倒角等特征生成。

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图4-1 十字轴 图4-2 差速器壳

至于依据基本结构参数，如各齿轮齿数、模数、压力角、行星齿轮安装尺寸等进行行星齿轮和半轴齿轮的三维实体建模因涉及Pro/E 中高级操作，现将主要思路简述如下：由于齿轮齿廓是复杂曲线——渐开线，可以通过曲线选项中的曲线方程来拟合轮齿渐开线，即采用―自方程创立基准曲线‖的方式，通过直接输入渐开线方程创建一个齿槽两侧渐开线，再利用扫描混合特征（blend）生成该渐开线齿，最后，通过阵列特征（pattern tool）完成全部齿轮齿廓的三维建模。行星齿轮三维建模效果如图4-3。半轴齿轮的三维建模与行星齿轮基本相同，其过程和具体步骤略，半轴齿轮三维建模效果如图4-4。

图4-3 行星齿轮 图4-4 半轴齿轮

4.4 差速器三维装配模型的建立

在Pro/E 环境中，建立差速器各零件的三维实体模型后，可定义各零部件之间的装配配合关系，进而建立差速器总成三维实体模型。Pro/E 软件中，装配树（多叉树）的

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层次关系体现了实际形成产品的装配顺序，形象地表达了产品、部件、零件之间的父子从属关系，其层次结构表达方法，可满足人机交互装配规划和装配过程仿真功能的要求。

根据差速器零件三维模型结构特点及其功能要求，可确定各零部件间的装配约束关系。Pro/E 中提供了4 种标准配合约束关系，即：（1）匹配（mate）或匹配偏距（mateoffset），（2）对齐（align）或对齐偏距（align offset），（3）定向（orient），（4）插入（insert）。差速器装配中主要用到匹配与对齐两种约束关系。利用将元件添加到组件等操作可生成差速器总成装配图，如图4-5。在根据实际的装配关系对差速器零件进行装配时，应注意进行零件之间干涉分析和检验，以便及时发现问题并更改零件结构设计参数。利用Pro/E 中视图/分解/分解视图命令，完成装配图的初步分解，进一步可生成差速器总成爆炸视图，如图4-6。

图4-5 差速总成器装配图

图4-6 差速器总成爆炸视图

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4.5 结语

以基于特征的参数化建模方法，可以建立汽车差速器各零件的三维实体模型，从而为差速器各零件的虚拟装配、数控加工提供精确的数字化模型信息。

将虚拟装配技术引入差速器结构设计中，有助于发现并在设计阶段及时解决零部件干涉等结构设计问题，缩短了差速器产品的研发周期，加快了汽车产品对不断变化的客户需求进行及时响应的速度，降低了设计成本，提高了设计质量。

第5章 差速器十字轴加工工艺

5.1 轴类零件的功用、结构特点及技术要求

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

① 尺寸精度

起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。

② 几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

③ 相互位置精度

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